Un bâtiment à ossature métallique est une structure porteuse composée de colonnes et de poutres en acier fabriquées à partir de profilés ou de plaques d’acier. Les colonnes et les poutres en acier sont reliées par des boulons ou des soudures, généralement des liaisons rigides.
Le bâtiment à ossature en acier fait partie des bâtiments en acier et appartient également aux structures à ossature. Le poteau et la poutre en acier forment un axe rectangulaire, la poutre en acier supporte la charge horizontale de l’axe, et le poteau en acier supporte la charge verticale. La structure de l’armature en acier doit répondre à la résistance et à la stabilité du matériau et doit assurer la rigidité globale de l’armature pour répondre aux exigences de la conception.

Le bâtiment à ossature en acier est composé d’acier en H soudé et d’acier en H laminé à chaud comme ossature porteuse principale, et d’acier en C et Z utilisé pour les pannes et les murs. La tôle ondulée est utilisée pour les panneaux de toiture et de mur. La mousse de polystyrène, la mousse rigide de polyuréthane, la laine de roche, la laine de verre sont utilisées comme matériaux d’isolation thermique, et les systèmes de construction à structure légère en acier sont renforcés de manière appropriée.

La poutre et le poteau des portiques en acier utilisent des éléments soudés en forme de h à section variable. Les joints poutre-colonne des portiques à une portée sont reliés de manière rigide, les portiques à plusieurs portées sont reliés de manière rigide et articulée, les pieds de colonne peuvent être reliés de manière rigide ou articulée à la fondation. Les panneaux des murs et du toit sont en tôle ondulée. Matériaux d’isolation thermique utilisés : laine de verre.

Les formes du bâtiment à portique en acier :

La forme structurelle des portiques en acier se divise en travées simples, doubles et multiples selon la portée, et en faîtières simples à une pente, faîtières simples à deux pentes et faîtières multiples à plusieurs pentes selon le nombre de faîtières. La pente du toit doit être de 1/20 à 1/8.

Arrangement structurel :

La disposition du bâtiment à portique en acier

La portée du portique en acier doit être de 9~36m. Lorsque la largeur de la colonne n’est pas égale, l’extérieur doit être affleurant. La hauteur doit être déterminée en fonction de la hauteur du filet intérieur, de préférence 4,5 à 9m. L’espacement raisonnable des cadres de la structure en acier doit tenir compte de la portée, des conditions de charge, des exigences d’utilisation et d’autres facteurs. En général, on préfère 6m, 7,5m et 9m.

L’agencement des pannes et des chevrons

L’espacement des pannes est déterminé en fonction du calcul des facteurs de la lucarne, du faîtage ventilé, du panneau de lumière du jour, du panneau de couverture, de la taille de la panne, et d’autres facteurs. Ils doivent être disposés à intervalles réguliers, mais un doit être disposé de chaque côté du faîte et un autre près de la gouttière. La disposition de l’enveloppe latérale doit tenir compte de l’ensemble des portes, fenêtres, avant-toits, auvents et autres éléments, ainsi que des exigences des matériaux de l’enceinte.

La disposition des contreventements et des poutres d’ancrage

1. Dans chaque zone de température ou zone construite par phases, il faut disposer de systèmes de contreventement capables de former indépendamment une structure spatialement stable.
2. Lors de la mise en place de l’ouverture du contreventement des poteaux, le contreventement latéral du toit doit être mis en place en même temps pour former un système géométriquement invariant.
3. Le renfort d’extrémité est situé dans la première ou la deuxième ouverture à l’extrémité de la zone de température. L’espacement entre les contreventements des colonnes est déterminé en fonction de la force longitudinale du bâtiment et des conditions d’installation, généralement 30 ~ 45m, et pas plus de 60m si on utilise une grue.
4. Lorsque le bâtiment est très haut, le contreventement des colonnes doit se faire par couches. Lorsque la largeur est supérieure à 60 m, il est nécessaire de mettre en place des contreforts de colonne.
5. Lorsque le contreventement d’extrémité est situé dans la deuxième ouverture de l’extrémité, les tiges rigides doivent être placées dans la position correspondante de la première ouverture.
6. Aux points d’inflexion de la charpente métallique, la poutre de liaison doit être posée sur toute la longueur du bâtiment.
7. Pour les fermes horizontales composées de tiges obliques de contreventement, les tiges à ventre droit doivent être considérées comme des tiges rigides.
8. Les pannes peuvent faire des tiges rigides ; à ce moment-là, les pannes doivent répondre aux exigences de capacité de charge et de rigidité des éléments pliés pressés. Si ce n’est pas le cas, un tuyau en acier, une poutre en H ou une autre forme de section transversale de la tige doit être placée entre le cadre rigide et la poutre inclinée.
   9 Lorsque le bâtiment est équipé d’une grue d’au moins 5 tonnes, le contreventement de la colonne peut être réalisé en acier profilé. Lorsque le bâtiment n’est pas autorisé à mettre en place le contreventement des colonnes, il doit mettre en place la charpente métallique longitudinale.

Charges et combinaisons de charges

Charge permanente

Les charges permanentes comprennent le poids propre des éléments structurels et les charges gravitaires des éléments non structurels suspendus à la structure, tels que les toits, les pannes, les contreventements, les plafonds suspendus, les éléments muraux et les poids propres des charpentes métalliques.

Charge variable

Les charges variables comprennent les charges vives du toit (les charges concentrées de construction et d’entretien doivent être prises en compte lors de la conception des panneaux de toit et des pannes), les charges de neige et de cendres sur les toits, les charges de grue, l’action sismique, les charges de vent, etc.

Combinaison de charges

La combinaison de charges doit généralement être conforme aux dispositions de la norme GB50009-2012, « Code de calcul des charges structurelles pour les bâtiments », et aux principes de combinaison suivants donnés dans la norme CECS102:2002 (édition 2012), « Technical Regulations for Portal Steel Frame Light House Steel Structure » pour les caractéristiques des portiques en acier.

• Les charges vives de toiture uniformément réparties ne sont pas prises en compte en même temps que les charges de neige, et c’est la plus grande des deux qui doit être prise en compte.
• La charge de cendres doit être considérée en conjonction avec la plus grande des charges de neige ou de la charge vive uniforme de la toiture.
• Charges concentrées de construction ou d’entretien non considérées en conjonction avec des charges autres que le poids du matériau de couverture ou des pannes.
• La combinaison de plus d’une grue doit être conforme aux dispositions du « Code de conception des charges structurelles des bâtiments ».
• Lorsque l’action sismique doit être prise en compte, les charges de vent ne sont pas présentes en même temps que l’action sismique.

Précautions à prendre pour la conception d’un bâtiment à ossature métallique

• La rigidité à la flexion et à la torsion des composants structurels du portique en acier étant faible, la rigidité globale de la structure est faible. La conception doit donc tenir compte des mesures nécessaires à prendre pendant le transport et l’installation pour éviter la déformation à la flexion et à la torsion des composants.
• Prêter attention au système de contreventement et à l’agencement des contreventements d’angle, ainsi qu’au panneau de toiture, aux panneaux muraux et aux éléments de la structure de liaison, afin qu’ils puissent participer au travail global de la structure.
• Les tiges qui constituent l’élément de structure sont fines. Il faut tenir compte des exigences de production, d’installation et de transport lors de la conception.
• L’effet de la corrosion sur la section affaiblie des éléments structurels doit être pleinement pris en compte dans la conception.
• La poutre et le poteau du portique en acier adoptent principalement la tige à section variable, les âmes de la poutre et du poteau étant conçues pour tirer parti de la résistance à la flexion, la conception plastique n’est plus applicable.
• Les conséquences de la légèreté de la conception doivent être notées et traitées de manière adéquate, comme le fait que le vent peut inverser la charge sur un toit léger.

Précautions à prendre pour la fabrication de structures en acier

1. La rouille et la saleté à la surface de la zone de découpe de l’acier doivent être éliminées avant la découpe, et les scories et les éclaboussures doivent être éliminées après la découpe au gaz.
2. La surface de l’acier après correction ne doit pas présenter de surface concave transparente ou de dommage, et la profondeur des rayures ne doit pas dépasser 0,5 mm. Pour les pièces découpées au gaz ou cisaillées mécaniquement, lorsque l’usinage des bords est nécessaire, la quantité de rabotage ne doit pas être inférieure à 2,0 mm.
3. Lors du perçage des trous, la précision et l’écart admissible des trous de boulons doivent être conformes aux spécifications. Lorsque la différence admissible entre les trous de boulons dépasse les spécifications, elle ne permet pas au bloc d’acier de se boucher. On peut utiliser la baguette de soudure qui correspond au matériau de l’acier pour réparer ou ressouder pour faire de nouveaux trous.
4. Lors du soudage, n’utilisez pas d’électrodes dont l’enrobage est pelé ou les noyaux de soudure rouillés, de flux et de flux agglomérés, ni de coques soudées. Les fils de soudure et les clous doivent être débarrassés de l’huile et de la rouille avant d’être utilisés.
5. Lorsque la meule traite la surface de frottement, la plage de fissuration ne doit pas être inférieure à quatre fois le diamètre du trou de boulon, et la direction du meulage doit être perpendiculaire à la direction des contraintes de la pièce.
6. La structure en acier doit être grenaillée avant d’être revêtue, le revêtement doit être uniforme, sans plis ni affaissements visibles, et l’adhérence doit être excellente. Une fois la peinture terminée, le numéro du composant doit être marqué sur la structure en acier.

Précautions à prendre pour l’installation d’un bâtiment à ossature métallique

1. Avant d’installer la structure en acier, il faut vérifier la qualité de l’élément en acier. La déformation et les défauts de l’élément en acier ne doivent pas dépasser l’écart admissible. La mesure et la correction de l’installation de l’élément en acier doivent être basées sur les caractéristiques techniques.
2. Lorsque la structure en acier est installée avec une unité d’assemblage élargie, il faut vérifier la résistance et la stabilité des éléments en acier qui se déforment facilement. Si nécessaire, des mesures de renforcement doivent être prises. Après l’installation de tous les composants en acier, une unité de rigidité spatiale devrait se former.
3. Une fois la structure primaire, telle que les colonnes, les poutres, les fermes de toit et les contreventements de la structure en acier installés en place, il faut les fixer immédiatement. L’installation de la structure en acier doit former un système spatial stable.
4. Lors de l’installation de boulons à haute résistance, les boulons doivent pénétrer librement dans les trous et ne doivent pas être utilisés comme boulons d’installation temporaire. L’installation de boulons à haute résistance doit être serrée dans un ordre spécifique, de préférence à partir du centre du groupe de boulons, et doit effectuer une torsion finale à temps.

L’avantage d’un bâtiment à ossature métallique par rapport à une structure en béton :

(1) Poids léger
Panneau de mur et de toit en tôle simple ondulée, en laine de verre, en acier à paroi mince formé à froid et autres matériaux. La qualité du toit et du mur est très légère. Le poids propre n’est que d’environ 1/20 ~ 1/30 de la structure en béton armé pour une même portée et une même charge. En raison de la légèreté du tissu, la fondation est plus petite en conséquence, et le coût de la fondation est plus faible.

(2) Le haut degré d’industrialisation et la courte période de construction
Les principaux composants et accessoires de la structure du portique sont fabriqués en usine, et la qualité est facile à garantir, et le chantier est facile à installer. À l’exception de la construction de base, il n’y a pas d’opération humide. Les connexions entre les composants sont principalement des boulons à haute résistance, une installation rapide et facile.

(3) La mise en page de la colonne est plus flexible.
La structure traditionnelle en béton armé est limitée par la taille des panneaux de toit et des panneaux muraux. L’espacement des colonnes est généralement de 6 mètres. Lorsque l’espacement des colonnes est de 12 mètres, il faut prévoir des supports et des colonnes à support mural. Le panneau de mur et de toit du portail cadre en acier utilise des plaques métalliques ondulées, de sorte que la disposition de la grille des poteaux n’est pas limitée par le module, et la taille de la distance entre les poteaux est principalement déterminée en fonction des exigences d’utilisation et du principe de la moindre quantité d’acier.